DAS, SAN, NAS - магические аббревиатуры, без которых не обходится ни одна из статей и ни одно аналитическое исследование по системам хранения. Они служат обозначением основных типов соединения систем хранения с вычислительными системами.

DAS (direct-attached storage) - устройство внешней памяти, напрямую подсоединенное к основному компьютеру и используемое только им. Простейший пример DAS - встроенный жесткий диск. Для связи хоста с внешней памятью в типовой конфигурации DAS используется SCSI, команды которого позволяют выделить определенный блок данных на специфицированном диске или смонтировать определенный картридж в ленточной библиотеке.

Облачное хранилище сокращает время, затрачиваемое на планирование типа частного сервера, который развертывает компания, уменьшает объем инвестиций в установку машины и готовку среды для размещения сервера, которая требует отличного охлаждения. Преимуществом по сравнению с другими системами, такими как хранение, является высокая доступность данных. Для компании с несколькими устройствами, связанными друг с другом, совместным использованием и доступом к информации в любое время, облачные вычисления - идеальный выбор.

На следующих фотографиях мы имеем два примера. Среди технической аудитории их также называют «файловыми». Промежуточные модели в основном поддерживают 4 привода и высококачественные модели или стойки для использования в центрах обработки данных, которые часто поддерживают 8 дисков и более.

Конфигурация DAS приемлема для применений, нетребовательных к объемам, производительности и надежности систем хранения. DAS не обеспечивает возможности совместного использования емкости хранения разными хостами и тем более возможности разделения данных. Установка таких устройств хранения - более дешевый вариант по сравнению с сетевыми конфигурациями, однако, если иметь в виду большие организации, этот тип инфраструктуры хранения нельзя считать оптимальным. Много DAS-подключений означает разрозненные и разбросанные по всей компании островки внешней памяти, избытки которой не могут использоваться другими хост-компьютерами, что приводит к неэффективной трате емкости хранения в целом.

Основное преимущество - это готовые решения, которые могут быть установлены быстро, без каких-либо технических знаний, что делает их идеальными для использования в офисах и домашних сетях, например. Несмотря на это, они могут быть интересным вариантом в некоторых ситуациях, поскольку включение этой функции очень мало связано с стоимостью устройства.

Особенности невероятно ограничены, но основная функция присутствует. Многие компании нуждаются в огромных объемах пространства для хранения, что должно не только обеспечивать очень хорошую производительность, но также включать резервное копирование и резервирование данных.

Кроме того, при такой организации хранения нет никакой возможности создать единую точку управления внешней памятью, что неизбежно усложняет процессы резервирования/восстановления данных и создает серьезную проблему защиты информации. В итоге общая стоимость владения подобной системой хранения может оказаться значительно выше, чем более сложная на первый взгляд и изначально более дорогая сетевая конфигурация.

Файлы делятся на фрагменты, и для каждой группы фрагментов генерируется дополнительный фрагмент, содержащий коды четности. Коды коррекции разбросаны между дисками. Независимо от количества используемых дисков, мы всегда жертвовали пространством, эквивалентным одному из них.

Файлы просто разбросаны по всем дискам, причем каждый из них хранит некоторые файлы. Это не является хорошим вариантом для хранения важных данных, но может использоваться для вторичных задач, например, в случае серверов резервного копирования. Использование нескольких небольших серверов будет дешевым решением, но сложным и более склонным к сбою.

SAN

Сегодня, говоря о системе хранения корпоративного уровня, мы имеем в виду сетевое хранение (storage networking). Больше известны широкой публике сети хранения - SAN (storage area network). SAN представляет собой выделенную сеть устройств хранения, которая позволяет множеству серверов использовать совокупный ресурс внешней памяти без нагрузки на локальную сеть.

Представьте себе случай кластера серверов, ответственных за сайт большого портала. В дополнение к производительности и централизованному хранению мы также имеем проблему избыточности, которая гарантирует бесперебойную работу системы, сохраняя различные сбои компонентов. Несмотря на это, обычно используется два коммутатора и два сервера, чтобы предложить резервную систему. Компоненты подключены, как показано на рисунке ниже, чтобы убедиться, что система продолжает работать, если какой-либо из компонентов выходит из строя.

Затем различные серверы могут быть доступны на разных серверах и, в зависимости от конфигурации, даже настроены на то, чтобы вести себя как единое целое с добавленными возможностями. Если деньги не проблема, вы можете легко достичь 100 терабайт пространства для хранения, с полной системой резервирования.

SAN не зависит от среды передачи, но на данный момент фактическим стандартом является технология Fibre Channel (FC), обеспечивающая скорость передачи данных 1-2 Гбит/с. В отличие от традиционных сред передачи на базе SCSI, обеспечивающих подключение на расстояние не более чем на 25 метров, Fibre Channel позволяет работать на удалении до 100 км. Средой передачи в сети Fibre Channel могут служить как медный кабель, так и оптоволокно.

Это заставляет их ограничиваться средами, в которых преимущества перевешивают большую стоимость. Единицы даже могут быть изменены во время использования, перераспределяя пространство между серверами по мере необходимости. Как вы можете себе представить, топологическая коммутируемая ткань, безусловно, наиболее часто используется сегодня. Можно использовать волоконно-оптические кабели длиной до 50 км с использованием одномодовых кабелей, но наиболее распространенными являются многомодовые кабели, которые предлагают диапазон до 300 метров.

В сеть хранения могут подключаться дисковые массивы RAID, простые массивы дисков, (так называемые Just a Bunch of Disks - JBOD), ленточные или магнитооптические библиотеки для резервирования и архивирования данных. Основными компонентами для организации сети SAN помимо самих устройств хранения являются адаптеры для подключения серверов к сети Fibre Channel (host bus adapter - НВА), cетевые устройства для поддержки той или иной топологии FC-сети и специализированный программный инструментарий для управления сетью хранения. Эти программные системы могут выполняться как на сервере общего назначения, так и на самих устройствах хранения, хотя иногда часть функций выносится на специализированный тонкий сервер для управления сетью хранения (SAN appliance).

Как правило, кабели коротки, от 2 до 10 метров, поэтому проблема с выходом редко бывает проблемой. Это позволяет им получить доступ, как если бы они были локальными блоками хранения через сетевые кабели. Производительность, естественно, ниже, но снижение стоимости делает это наиболее часто используемым вариантом в небольших установках.

Оттуда вы можете отформатировать диски и использовать пространство по своему усмотрению, включая создание общих сетевых ресурсов. В настоящее время распространено также использование серверов хранения, которые предлагают несколько вариантов интерфейса связи, поскольку это добавляет относительно немного к стоимости.

Задача программного обеспечения для SAN - это прежде всего централизованное управление сетью хранения, включая конфигурирование, мониторинг, контроль и анализ компонентов сети. Одной из наиболее важных является функция управления доступом к дисковым массивам, если в SAN хранятся данные разнородных серверов. Сети хранения обеспечивают одновременный доступ множества серверов к множеству дисковых подсистем, привязывая каждый хост к определенным дискам на определенном дисковом массиве. Для разных операционных систем необходимо расслоение дискового массива на «логические области» (logical unit - LUN), которыми они будут пользоваться без возникновения конфликтов. Выделение логических областей может понадобиться и для организации доступа к одним и тем же данным для некоторого пула серверов, например, серверов одной рабочей группы. За поддержку всех этих операций отвечают специальные программные модули.

Эта функция была разработана с учетом серверов хранения. С популяризацией веб-сайтов и других сервисов проблема хранения большого количества данных стала проблемой. Мы говорим не о нескольких гигабайтах здесь, а о нескольких терабайтах или даже петабайтах данных. Во многих диски устанавливаются в съемных выдвижных ящиках и могут быть заменены с включенным сервером.

Ничто не мешает вам установить два или даже три контроллера на одном сервере, если вам нужно больше портов. Как правило, есть преимущества с точки зрения надежности, а производители предлагают 5-летние гарантии. Это делает их предпочтительными в ситуациях, когда требуется более высокий уровень надежности, даже если производительность не является важным фактором.

Привлекательность сетей хранения объясняется теми преимуществами, которые они могут дать организациям, требовательным к эффективности работы с большими объемами данных. Выделенная сеть хранения разгружает основную (локальную или глобальную) сеть вычислительных серверов и клиентских рабочих станций, освобождая ее от потоков ввода/вывода данных.

Это не является хорошим выбором для хранения важных данных, но может использоваться для вторичных задач, например, в случае серверов резервного копирования. Стоимость хранения электроэнергии сравнима с обычными тарифами на внутреннее электричество. Вырабатывая энергию самостоятельно, вы получаете независимость от вашего поставщика электроэнергии. Его также можно быстро настроить через беспроводную локальную сеть или мобильный телефон.

Ваш установщик установит его в кратчайшие сроки.
Поэтому вы никогда не теряете из виду энергетические затраты и экономику.

Разработаны только аппаратные компоненты, которые теперь позволяют хранить несколько терабайт вместо начальных 5 мегабайт.

Этот фактор, а также высокоскоростная среда передачи, используемая для SAN, обеспечивают повышение производительности процессов обмена данными с внешними системами хранения. SAN означает консолидацию систем хранения, создание на разных носителях единого пула ресурсов, который будет разделяться всеми вычислительными мощностями, и в результате необходимую емкость внешней памяти можно будет обеспечить меньшим числом подсистем. В SAN резервирование данных с дисковых подсистем на ленты происходит вне локальной сети и потому становится более производительным - одна ленточная библиотека может служить для резервирования данных с нескольких дисковых подсистем. Кроме того, при поддержке соответствующего ПО можно реализовать прямое резервирование в SAN без участия сервера, тем самым, разгружая процессор. Возможность разнесения серверов и памяти на большие расстояния отвечает потребностям повышения надежности корпоративных хранилищ данных. Консолидированное хранение данных в SAN лучше масштабируется, поскольку позволяет наращивать емкость хранения независимо от серверов и без прерывания их работы. Наконец, SAN дает возможность централизованного управления единым пулом внешней памяти, что упрощает администрирование.

В то время как производительность большинства компьютерных компонентов в последние годы значительно расширилась, то же самое не верно для накопителей на магнитной памяти. Ускоренная обработка постоянно растущих данных представляет собой настоящую технологическую проблему. Эксперты предполагают, что в скором времени жесткие диски будут заменены альтернативными системами хранения. Эти электронные носители информации становятся все более доступными, и их жизненный цикл также увеличился в последние годы.

Быстрые базы данных

Процесс хранения полностью электронный. Устойчивость к ударам: жесткие диски с механическими деталями могут быть серьезно повреждены в случае удара и привести к потере данных в полном объеме. Этот метод характеризуется высокой механической прочностью и высокой устойчивостью к ударам, вибрациям и магнитным полям. Как и в случае с другими чипами флэш-памяти жестких дисков, вы можете получить доступ к своим данным намного быстрее. Более компактный, это идеальное решение для мобильных устройств. . Таким образом, администраторы интернет-магазинов могут оптимизировать свой сайт и получить лучший трафик и лучший коэффициент конверсии.

Безусловно, сети хранения, недешевое и непростое решение и, несмотря на то, что все ведущие поставщики выпускают сегодня устройства для SAN на базе Fibre Channel, их совместимость не гарантируется, и выбор подходящего оборудования создает проблему для пользователей. Понадобятся дополнительные расходы на организацию выделенной сети и покупку управляющего ПО, и начальная стоимость SAN окажется выше организации хранения с помощью DAS, однако совокупная стоимость владения должна быть ниже.

В этом случае информация также сохраняется в одной или нескольких базах данных. Чем сложнее структура связи, тем важнее обеспечить надежную передачу данных и обеспечить бесперебойную синхронизацию данных для всех клиентов. База данных Всемирного банка удваивается каждые два года, и при постоянно увеличивающейся нагрузке технологические потребности компании также меняются. Хотя ранее было возможно сохранить данные на независимых носителях, новые технические требования, такие как виртуализация, избыточность и высокая доступность, все чаще требуют глобальной системы управления хранением.

NAS

В отличие от SAN, NAS (network attached storage) - не сеть, а сетевое устройство хранения, точнее, выделенный файловый сервер с подсоединенной к нему дисковой подсистемой. Иногда в конфигурацию NAS может входить оптическая или ленточная библиотека. NAS-устройство (NAS appliance) напрямую подключается в сеть и предоставляет хостам доступ к файлам на своей интегрированной подсистеме внешней памяти. Появление выделенных файловых серверов связано с разработкой в начале 90-х годов компанией Sun Microsystems сетевой файловой системы NFS, которая позволяла клиентским компьютерам в локальной сети использовать файлы на удаленном сервере. Затем у Microsoft появилась аналогичная система для среды Windows - Common Internet File System. Конфигурации NAS поддерживают обе эти системы, а также другие протоколы на базе IP, обеспечивая разделение файлов клиентскими приложениями.

В этом контексте сеть хранения данных является оптимальным решением для централизованного управления объемом памяти сервера и обеспечения высокой скорости. Подобная система хранения подходит для всех компаний, которым необходимо защищать и обрабатывать большие файлы.

Термин «Сеть хранения данных» относится к сети хранения, которая служит для подключения систем жесткого диска к серверным системам. По этой причине сеть хранения данных идеально подходит для управления файлами в многоплатформенном режиме. Настройка сети хранения данных является сложной и дорогостоящей, так как покупка полной архитектуры обычно требует очень дорогого оборудования.

NAS-устройство напоминает конфигурацию DAS, но принципиально отличается от нее тем, что обеспечивает доступ на уровне файлов, а не блоков данных, и позволяет всем приложениям в сети совместно использовать файлы на своих дисках. NAS специфицирует файл в файловой системе, сдвиг в этом файле (который представляется как последовательность байт) и число байт, которое необходимо прочитать или записать. Запрос к NAS-устройству не определяет том или сектор на диске, где находится файл. Задача операционной системы NAS-устройства транслировать обращение к конкретному файлу в запрос на уровне блоков данных. Файловый доступ и возможность разделения информации удобны для приложений, которые должны обслуживать множество пользователей одновременно, но не требуют загрузки очень больших объемов данных по каждому запросу. Поэтому обычной практикой становится использование NAS для Internet-приложений, Web-cлужб или CAПР, в которых над одним проектом работают сотни специалистов.

Это позволяет, помимо высокой передачи данных, высокую пропускную способность и большую стабильность. Элементы хранения: Устройства переноса дисков обычно используются в качестве хранилища в сети хранения данных. Для обеспечения высокой доступности сохраненных данных на современных дисковых массивах есть контроллер, который занимается резервированием данных и балансировкой нагрузки во время их передачи.

Эти устройства включают в себя несколько жестких дисков для массовой памяти.
Таким образом, повышается безопасность и скорость передачи данных.

Сеть хранения данных основана на высокой доступности.

Вариант NAS прост в установке и управлении. В отличие от сети хранения, установка NAS-устройства не требует специального планирования и затрат на дополнительное управляющее ПО - достаточно просто подключить файловый сервер в локальную сеть. NAS освобождает серверы в сети от задач управления хранением, но не разгружает сетевой трафик, поскольку обмен данными между серверами общего назначения и NAS идет по той же локальной сети. На NAS-устройстве может быть сконфигурирована одна или несколько файловых систем, каждой из которых отводится определенный набор томов на диске. Всем пользователям одной и той же файловой системы по требованию выделяется некоторое дисковое пространство. Таким образом, NAS обеспечивает более эффективные по сравнению с DAS организацию и использование ресурсов памяти, поскольку подключенная напрямую подсистема хранения обслуживает только один вычислительный ресурс, и может случиться так, что у одного сервера в локальной сети будет слишком много внешней памяти, в то время как другой испытывает нехватку пространства на дисках. Но из нескольких NAS-устройств нельзя создать единый пул ресурсов хранения и потому увеличение числа NAS-узлов в сети усложнит задачу управления.

В информатике понимается способность компьютера обеспечивать работу соответствующих приложений, несмотря на нестабильность отдельных аппаратных компонентов. Возможность доступа к серверу через различные адаптеры главной шины в один и тот же массив дисков называется многолучевым распространением. Чтобы защитить себя от несчастных случаев, которые могут поставить под угрозу систему, мы рекомендуем хранить одни и те же данные в разных местах. Настройка избыточной сети хранения также включает метод аварийного восстановления.

Преимущества сети хранения данных с первого взгляда

Поэтому компании должны иметь двойную версию сетевых компонентов для элементов питания, вентиляции и охлаждения. Для доступа можно использовать различные способы взаимодействия между данными и пользователями. Резервированное распределение данных на нескольких физических системах обеспечивает высокую безопасность сохраненного контента, что приводит к меньшему количеству задержк одновременного доступа к данным.

NAS + SAN = ?

Какую из форм инфраструктуры хранения выбрать: NAS или SAN? Ответ зависит от возможностей и потребностей организации, однако сравнивать или тем более противопоставлять их в принципе неверно, поскольку эти две конфигурации решают разные задачи. Файловый доступ и совместное использование информации для приложений на разнородных серверных платформах в локальной сети - это NAS. Высокопроизводительный блоковый доступ к базам данных, консолидация хранения, гарантирующая его надежность и эффективность - это SAN. В жизни, правда, все сложнее. NAS и SAN часто уже сосуществуют или должны быть одновременно реализованы в распределенной ИТ-инфраструктуре компании. Это неизбежно порождает проблемы управления и оптимального использования ресурсов хранения.

Что действительно имеет значение в деятельности профессионала, который должен справиться со своей работой с максимальной эффективностью и минимальными усилиями? Время, потому что он определенно самый важный ресурс, который у него есть. Фактически, чтобы быть полностью эффективным, профессионалу не обязательно быть вынуждены преследовать компьютерные проблемы или выяснять, что не работает или где восстанавливать потерянные или случайно удаленные данные. Вы должны быть свободны посвятить себя бизнесу, не тратя время на «компьютерные взломы»; бесплатно получать доступ к файлам, делиться ими в режиме реального времени и редактировать их с авторизованными сотрудниками в любое время, бесплатно работать из любого места, не опасаясь доступа к документу, который не находится в последней обновленной версии, не опасаясь потерять данных или что они случайно удалены или удалены.

Сегодня производители ищут пути объединения обеих технологий в единую сетевую инфраструктуру хранения, которая обеспечит консолидацию данных, централизацию резервного копирования, упростит общее администрирование, масштабируемость и защиту данных. Конвергенция NAS и SAN - одна из самых важных тенденций последнего времени.

Сеть хранения позволяет создать единый пул ресурсов памяти и выделять на физическом уровне необходимую квоту дискового пространства каждому из хостов, подключенных к SAN. NAS-сервер обеспечивает разделение данных в файловой системе приложениями на разных операционных платформах, решая проблемы интерпретации структуры файловой системы, синхронизации и контроля доступа к одним и тем же данным. Поэтому, если мы хотим добавить в сеть хранения возможность разделения не только физических дисков, но и логической структуры файловых систем, нам необходим промежуточный управляющий сервер для реализации всех функций сетевых протоколов обработки запросов на уровне файлов. Отсюда общий подход к объединению SAN и NAS с помощью NAS-устройства без интегрированной дисковой подсистемы, но с возможностью подключения компонентов сети хранения. Такие устройства, которые у одних производителей называются NAS-шлюзами, у других головными NAS-устройствами, становятся своеобразным буфером между локальной сетью и SAN, обеспечивая доступ к данным в SAN на уровне файлов и разделение информации в сети хранения.

Резюме

Построение единых сетевых систем, объединяющих возможности SAN и NAS, - лишь один из шагов в направлении глобальной интеграции корпоративных систем хранения. Дисковые массивы, подключенные напрямую к отдельным серверам, перестали удовлетворять потребностям больших организаций с сложными распределенными ИТ-инфраструктурами. Сегодня просто сети хранения на основе высокопроизводительной, но специализированной технологии Fibre Channel рассматриваются не только как прорыв, но и как источник головной боли из-за сложности инсталляции, проблем с поддержкой оборудования и ПО от разных поставщиков. Однако то, что ресурсы хранения должны быть едиными и сетевыми, сомнения уже не вызывает. Ищутся пути оптимальной консолидации. Отсюда и активизация производителей решений, поддерживающих различные варианты переноса сетей хранения на IP-протокол]. Отсюда и большой интерес к различным реализациям концепции виртуализации хранения. Ведущие игроки рынка систем хранения не просто объединяют все свои продукты под общей «шапкой» (TotalStorage у IBM или SureStore у НР), но формулируют собственные стратегии создания консолидированных, сетевых инфраструктур хранения и защиты корпоративных данных. Ключевую роль в этих стратегиях будет играть идея виртуализации, поддержанная главным образом на уровне мощных программных решений централизованного управления распределенными хранилищами. В таких инициативах, как StorageTank от IBM, Federated Storage Area Management от НР, E-Infrostructure от ЕМС, программное обеспечение играет решающую роль.

SAS, NAS, SAN: шаг к сетям хранения данных

Вступление

С повседневным усложнением сетевых компьютерных систем и глобальных корпоративных решений мир начал требовать технологий, которые бы дали толчок к возрождению корпоративных систем хранения информации (сторедж-систем). И вот, одна единая технология приносит в мировую сокровищницу достижений в области сторедж невиданное ранее быстродействие, колоссальные возможности масштабирования и исключительные преимущества общей стоимости владения. Обстоятельства, которые сформировались с появлением стандарта FC-AL (Fibre Channel — Arbitrated Loop) и SAN (Storage Area Network), которая развивается на его основе, обещают революцию в дата-ориентированных технологиях компьютинга.

«The most significant development in storage we"ve seen in 15 years»
Data Communications International, March 21, 1998

Формальное определение SAN в трактовке Storage Network Industry Association (SNIA):

«Сеть, главной задачей которой является передача данных между компьютерными системами и устройствами хранения данных, а также между самими сторедж-системами. SAN состоит из коммуникационной инфраструктуры, которая обеспечивает физическую связь, а также отвечает за уровень управления (management layer), который объединяет связи, сторедж и компьютерные системы, осуществляя передачу данных безопасно и надежно».
SNIA Technical Dictionary, copyright Storage Network Industry Association, 2000

Варианты организации доступа к сторедж-системам

Различают три основных варианта организации доступа к системам хранения:

SAS (Server Attached Storage), сторедж, присоединенный к серверу;
NAS (Network Attached Storage), сторедж, подсоединенный к сети;
SAN (Storage Area Network), сеть хранения данных.

Рассмотрим топологии соответствующих сторедж-систем и их особенности.

SAS

Сторедж-система, присоединенная к серверу. Знакомый всем, традиционный способ подключения системы хранения данных к высокоскоростному интерфейсу в сервере, как правило, к параллельному SCSI интерфейсу.

Рисунок 1. Server Attached Storage

Использование отдельного корпуса для сторедж-системы в рамках топологии SAS не является обязательным.

Основное преимущество сторедж, подсоединенного к серверу, в сравнении с другими вариантами — низкая цена и высокое быстродействие из расчета один сторедж для одного сервера. Такая топология является самой оптимальной в случае использования одного сервера, через который организуется доступ к массиву данных. Но у нее остается ряд проблем, которые побудили проектировщиков искать другие варианты организации доступа к системам хранения данных.

К особенностям SAS можно отнести:

Доступ к данных зависит от ОС и файловой системы (в общем случае);
Сложность организации систем с высокой готовностью;
Низкая стоимость;
Высокое быстродействие в рамках одной ноды;
Уменьшение скорости отклика при загрузке сервера, который обслуживает сторедж.

NAS

Сторедж-система, подсоединенная к сети. Этот вариант организации доступа появился сравнительно недавно. Основным его преимуществом является удобство интеграции дополнительной системы хранения данных в существующие сети, но сам по себе он не привносит сколь-нибудь радикальных улучшений в архитектуру сторедж. Фактически NAS есть чистый файл-сервер, и сегодня можно встретить немало новых реализаций сторедж типа NAS на основе технологии тонкого сервера (Thin Server).

Рисунок 2. Network Attached Storage.

Особенности NAS:

Выделенный файл-сервер;
Доступ к данным не зависит от ОС и платформы;
Удобство администрирования;
Максимальная простота установки;
Низкая масштабируемость;
Конфликт с трафиком LAN/WAN.

Сторедж, построенный по технологии NAS, является идеальным вариантом для дешевых серверов с минимальным набором функций.

SAN

Сети хранения данных начали интенсивно развиваться и внедряться лишь с 1999 года. Основой SAN является отдельная от LAN/WAN сеть, которая служит для организации доступа к данным серверов и рабочих станций, занимающихся их прямой обработкой. Такая сеть создается на основе стандарта Fibre Channel, что дает сторедж-системам преимущества технологий LAN/WAN и возможности по организации стандартных платформ для систем с высокой готовностью и высокой интенсивностью запросов. Почти единственным недостатком SAN на сегодня остается относительно высокая цена компонент, но при этом общая стоимость владения для корпоративных систем, построенных с использованием технологии сетей хранения данных, является довольно низкой.

Рисунок 3. Storage Area Network.

К основным преимуществам SAN можно отнести практически все ее особенности:

Независимость топологии SAN от сторедж-систем и серверов;
Удобное централизованное управление;
Отсутствие конфликта с трафиком LAN/WAN;
Удобное резервирование данных без загрузки локальной сети и серверов;
Высокое быстродействие;
Высокая масштабируемость;
Высокая гибкость;
Высокая готовность и отказоустойчивость.

Следует также заметить, что технология эта еще довольно молодая и в ближайшее время она должна пережить немало усовершенствований в области стандартизации управления и способов взаимодействия SAN подсетей. Но можно надеяться, что это угрожает пионерам лишь дополнительными перспективами первенства.

FC как основа построения SAN

Подобно LAN, SAN может создаваться с использованием различных топологий и носителей. При построении SAN может использоваться как параллельный SCSI интерфейс, так и Fibre Channel или, скажем, SCI (Scalable Coherent Interface), но своей все возрастающей популярностью SAN обязана именно Fibre Channel. В проектировании этого интерфейса принимали участие специалисты со значительным опытом в разработке как канальных, так и сетевых интерфейсов, и им удалось объединить все важные положительные черты обеих технологий для того, чтобы получить что-то в самом деле революционно новое. Что именно?

Основные ключевые особенности канальных:

Низкие задержки
Высокие скорости
Высокая надежность
Топология точка-точка
Небольшие расстояния между нодами
Зависимость от платформы

и сетевых интерфейсов:

Многоточечные топологии
Большие расстояния
Высокая масштабируемость
Низкие скорости
Большие задержки

объединились в Fibre Channel:

Высокие скорости
Независимость от протокола (0-3 уровни)
Большие расстояния
Низкие задержки
Высокая надежность
Высокая масштабируемость
Многоточечные топологии

Традиционно сторедж интерфейсы (то, что находится между хостом и устройствами хранения информации) были преградой на пути к росту быстродействия и увеличению объема систем хранения данных. В то же время прикладные задачи требуют значительного прироста аппаратных мощностей, которые, в свою очередь, тянут за собой потребность в увеличении пропускной способности интерфейсов для связи со сторедж-системами. Именно проблемы построения гибкого высокоскоростного доступа к данным помогает решить Fibre Channel.

Стандарт Fibre Channel был окончательно определен за последние несколько лет (с 1997-го по 1999-й), на протяжении которых была проведена колоссальная работа по согласованию взаимодействия производителей различных компонент, и было сделано все необходимое, чтобы Fibre Channel превратился из чисто концептуальной технологии в реальную, которая получила поддержку в виде инсталляций в лабораториях и вычислительных центрах. В году 1997 были спроектированы первые коммерческие образцы краеугольных компонент для построения SAN на базе FC, таких как адаптеры, хабы, свичи и мосты. Таким образом, уже начиная с 1998-го года FC используется в коммерческих целях в деловой сфере, на производстве и в масштабных проектах реализации систем, критичных к отказам.

Fibre Channel — это открытый промышленный стандарт высокоскоростного последовательного интерфейса. Он обеспечивает подключение серверов и сторедж-систем на расстоянии до 10 км (при использовании стандартного оснащения) на скорости 100 MB/s (на выставке Cebit"2000 были представлены образцы продукции, которые используют новый стандарт Fibre Channel со скоростями 200 MB/s на одно кольцо, а в лабораторных условиях уже эксплуатируются реализации нового стандарта со скоростями 400 MB/s, что составляет 800 MB/s при использовании двойного кольца). (На момент публикации статьи ряд производителей уже начал отгружать сетевые карточки и свичи на FC 200 MB/s.) Fibre Channel одновременно поддерживает целый ряд стандартных протоколов (среди которых TCP/IP и SCSI-3) при использовании одного физического носителя, который потенциально упрощает построение сетевой инфраструктуры, к тому же это предоставляет возможности для уменьшения стоимости монтажа и обслуживания. Тем не менее использование отдельных подсетей для LAN/WAN и SAN имеет ряд преимуществ и является рекомендованным по умолчанию.

Одним из важнейших преимуществ Fibre Channel наряду со скоростными параметрами (которые, кстати, не всегда являются главными для пользователей SAN и могут быть реализованы с помощью других технологий) является возможность работы на больших расстояниях и гибкость топологии, которая пришла в новый стандарт из сетевых технологий. Таким образом, концепция построения топологии сети хранения данных базируется на тех же принципах, что и традиционные сети, как правило, на основе концентраторов и коммутаторов, которые помогают предотвратить падение скорости при возрастании количества нод и создают возможности удобной организации систем без единой точки отказов.

Для лучшего понимания преимуществ и особенностей этого интерфейса приведем сравнительную характеристику FC и Parallel SCSI в виде таблицы.

Таблица 1. Сравнение технологий Fibre Channel и параллельного SCSI

В стандарте Fibre Channel предполагается использование разнообразных топологий, таких как точка-точка (Point-to-Point), кольцо или FC-AL концентратор (Loop или Hub FC-AL), магистральный коммутатор (Fabric/Switch).

Топология point-to-point используется для подсоединения одиночной сторедж-системы к серверу.

Loop или Hub FC-AL — для подсоединения множественных сторедж устройств к нескольким хостам. При организации двойного кольца увеличивается быстродействие и отказоустойчивость системы.

Коммутаторы используются для обеспечения максимального быстродействия и отказоустойчивости для сложных, больших и разветвленных систем.

Благодаря сетевой гибкости в SAN заложена чрезвычайно важная особенность — удобная возможность построения отказоустойчивых систем.

Предлагая альтернативные решения для систем хранения данных и возможности по объединению нескольких сторедж для резервирования аппаратных средств, SAN помогает обеспечивать защиту аппаратно-программных комплексов от аппаратных сбоев. Для демонстрации приведем пример создания двухнодовой системы без точек отказов.

Рисунок 4. No Single Point of Failure.

Построение трех- и более нодовых систем осуществляется простым добавлением в FC сеть дополнительных серверов и подключением их к обоим концентраторам/ коммутаторам).

При использовании FC построение устойчивых к сбоям (disaster tolerant) систем становится прозрачным. Сетевые каналы и для сторедж, и для локальной сети можно проложить на основе оптоволокна (до 10 км и больше с использованием усилителей сигнала) как физического носителя для FC, при этом используется стандартная аппаратура, которая дает возможность значительно уменьшить стоимость подобных систем.

Благодаря возможности доступа ко всем компонентам SAN из любой ее точки мы получаем чрезвычайно гибко управляемую сеть данных. При этом следует заметить, что в SAN обеспечивается прозрачность (возможность видеть) всех компонентов вплоть до дисков в сторедж-системах. Эта особенность подтолкнула производителей компонентов к использованию своего значительного опыта в построении систем управления для LAN/WAN с тем, чтобы заложить широкие возможности по мониторингу и управлению во все компоненты SAN. Эти возможности включают в себя мониторинг и управление отдельных нод, сторедж компонентов, корпусов, сетевых устройств и сетевых подструктур.

В системе управления и мониторинга SAN используются такие открытые стандарты, как:

SCSI command set
SCSI Enclosure Services (SES)
SCSI Self Monitoring Analysis and Reporting Technology (S.M.A.R.T.)
SAF-TE (SCSI Accessed Fault-Tolerant Enclosures)
Simple Network Management Protocol (SNMP)
Web-Based Enterprise Management (WBEM)

Системы, построенные с использованием технологий SAN, не только обеспечивают администратору возможность следить за развитием и состоянием сторедж ресурсов, но и открывают возможности по мониторингу и контролю трафика. Благодаря таким ресурсам программные средства управления SAN реализуют наиболее эффективные схемы планирования объема сторедж и балансирование нагрузки на компоненты системы.

Сети хранения данных прекрасно интегрируются в существующие информационные инфраструктуры. Их внедрение не требует каких-либо изменений в уже существующих сетях LAN и WAN, а лишь расширяет возможности существующих систем, избавляя их от задач, ориентированных на передачу больших объемов данных. Причем при интеграции и администрировании SAN очень важным является то, что ключевые элементы сети поддерживают горячую замену и установку, с возможностями динамического конфигурирования. Так что добавить тот или другой компонент или осуществить его замену администратор может, не выключая систему. И весь этот процесс интеграции может быть визуально отображен в графической системе управления SAN.

Рассмотрев вышеперечисленные преимущества, можно выделить ряд ключевых моментов, которые непосредственно влияют на одно из основных преимуществ Storage Area Network — общую стоимость владения (Total Cost Ownership).

Невероятные возможности масштабирования позволяют предприятию, которое использует SAN, вкладывать деньги в серверы и сторедж по мере необходимости. А также сохранить свои вложения в уже инсталлированную технику при смене технологических поколений. Каждый новый сервер будет иметь возможность высокоскоростного доступа к сторедж и каждый дополнительный гигабайт сторедж будет доступен всем серверам подсети по команде администратора.

Прекрасные возможности по построению отказоустойчивых систем могут приносить прямую коммерческую выгоду от минимизации простоев и спасать систему в случае возникновения стихийного бедствия или каких-нибудь других катаклизмов.

Управляемость компонентов и прозрачность системы предоставляют возможность осуществлять централизованное администрирование всех сторедж ресурсов, а это, в свою очередь, значительно уменьшает затраты на их поддержку, стоимость которой, как правило, составляет более 50% от стоимости оснащения.

Влияние SAN на прикладные задачи

Для того чтобы нашим читателям стало понятней, насколько практически полезны технологии, которые рассматриваются в этой статье, приведем несколько примеров прикладных задач, которые без использования сетей хранения данных решались бы неэффективно, требовали бы колоссальных финансовых вложений или же вообще не решались бы стандартными методами.

Резервирование и восстановление данных (Data Backup and Recovery)

Используя традиционный SCSI интерфейс, пользователь при построении систем резервирования и восстановления данных сталкивается с рядом сложных проблем, которые можно очень просто решить, используя технологии SAN и FC.

Таким образом, использование сетей хранения данных выводит решение задачи резервирования и восстановления на новый уровень и предоставляет возможность осуществлять бэкап в несколько раз быстрее, чем раньше, без загрузки локальной сети и серверов работой по резервированию данных.

Кластеризация серверов (Server Clustering)

Одной из типичных задач, для которых эффективно используется SAN, является кластеризация серверов. Поскольку один из ключевых моментов в организации высокоскоростных кластерных систем, которые работают с данными — это доступ к сторедж, то с появлением SAN построение многонодовых кластеров на аппаратном уровне решается простым добавлением сервера с подключением к SAN (это можно сделать, даже не выключая системы, поскольку свичи FC поддерживают hot-plug). При использовании параллельного SCSI интерфейса, возможности по подсоединению и масштабируемость которого значительно хуже, чем у FC, кластеры, ориентированные на обработку данных, было бы тяжело сделать с количеством нод больше двух. Коммутаторы параллельного SCSI — весьма сложные и дорогие устройства, а для FC это стандартный компонент. Для создания кластера, который не будет иметь ни единой точки отказов, достаточно интегрировать в систему зеркальную SAN (технология DUAL Path).

В рамках кластеризации одна из технологий RAIS (Redundant Array of Inexpensive Servers) кажется особенно привлекательной для построения мощных масштабируемых систем интернет-коммерции и других видов задач с повышенными требованиями к мощности. По словам Alistair A. Croll, сооснователя Networkshop Inc, использование RAIS оказывается достаточно эффективным:«Например, за $12000-15000 вы можете купить около шести недорогих одно-двухпроцессорных (Pentium III) Linux/Apache серверов. Мощность, масштабируемость и отказоустойчивость такой системы будет значительно выше, чем, например, у одного четырехпроцессорного сервера на базе процессоров Xeon, а стоимость одинаковая».

Одновременный доступ к видео и распределение данных (Concurrent video streaming, data sharing)

Вообразите себе задачу, когда вам нужно на нескольких (скажем, >5) станциях редактировать видео или просто работать над данными огромного объема. Передача файла размером 100GB по локальной сети займет у вас несколько минут, а общая работа над ним будет очень сложной задачей. При использовании SAN каждая рабочая станция и сервер сети получают доступ к файлу на скорости, эквивалентной локальному высокоскоростному диску. Если вам нужны еще одна станция/сервер для обработки данных, вы сможете ее прибавить к SAN, не выключая сети, простым подсоединением станции к SAN коммутатору и предоставлением ей прав доступа к сторедж. Если же вас перестанет удовлетворять быстродействие подсистемы данных, вы сможете просто прибавить еще один сторедж и с использованием технологии распределения данных (например, RAID 0) получить вдвое большее быстродействие.

Основные компоненты SAN

Среда

Для соединения компонентов в рамках стандарта Fibre Channel используют медные и оптические кабели. Оба типа кабелей могут использоваться одновременно при построении SAN. Конверсия интерфейсов осуществляется с помощью GBIC (Gigabit Interface Converter) и MIA (Media Interface Adapter). Оба типа кабеля сегодня обеспечивают одинаковую скорость передачи данных. Медный кабель используется для коротких расстояний (до 30 метров), оптический — как для коротких, так и для расстояний до 10 км и больше. Используют многомодовый и одномодовый оптические кабели. Многомодовый (Multimode) кабель используется для коротких расстояний (до 2 км). Внутренний диаметр оптоволокна мультимодового кабеля составляет 62,5 или 50 микрон. Для обеспечения скорости передачи 100 МБ/с (200 МБ/с в дуплексе) при использовании многомодового оптоволокна длина кабеля не должна превышать 200 метров. Одномодовый кабель используется для больших расстояний. Длина такого кабеля ограничена мощностью лазера, который используется в передатчике сигнала. Внутренний диаметр оптоволокна одномодового кабеля составляет 7 или 9 микрон, он обеспечивает прохождение одиночного луча.

Коннекторы, адаптеры

Для подсоединения медных кабелей используются коннекторы типа DB-9 или HSSD. HSSD считается более надежным, но DB-9 используется так же часто, потому что он более простой и дешевый. Стандартным (наиболее распространенным) коннектором для оптических кабелей является SC коннектор, он обеспечивает качественное, четкое соединение. Для обычного подключения используются многомодовые SC коннекторы, а для отдаленного — одномодовые. В многопортовых адаптерах используются микроконнекторы.

Наиболее распространены адаптеры для FC под шину PCI 64 bit. Также много FC адаптеров вырабатывается под шину S-BUS, для специализированного использования выпускаются адаптеры под MCA, EISA, GIO, HIO, PMC, Compact PCI. Самые популярные — однопортовые, встречаются двух- и четырехпортовые карточки. На PCI адаптерах, как правило, используют DB-9, HSSD, SC коннекторы. Также часто встречаются GBIC-based адаптеры, которые поставляются как с модулями GBIC, так и без них. Fibre Channel адаптеры отличаются классами, которые они поддерживают, и разнообразными особенностями. Для понимания отличий приведем сравнительную таблицу адаптеров производства фирмы QLogic.

Fibre Channel Host Bus Adapter Family Chart
SANblade	64 Bit	FCAL Publ. Pvt Loop	FL Port	Class 3	F Port	Class 2	Point to Point	IP/ SCSI	Full Duplex	FC Tape	PCI 1.0 Hot Plug Spec	Solaris Dynamic Reconfig	VIВ	2Gb
2100 Series	33 & 66MHz PCI	X	X	X
2200 Series	33 & 66MHz PCI	X	X	X	X	X	X	X	X	X
	33MHz PCI	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X
	25 MHZ Sbus	X	X	X	X	X	X	X	X	X		X
2300 Series	66 MHZ PCI/ 133MHZ PCI-X	X	X	X	X	X	X	X	X	X			X	X

Концентраторы

Fibre Channel HUBs (концентраторы) используются для подключения нод к FC кольцу (FC Loop) и имеют структуру, похожую на Token Ring концентраторы. Поскольку разрыв кольца может привести к прекращению функционирования сети, в современных FC концентраторах используются порты обхода кольца (PBC-port bypass circuit), которые разрешают автоматически открывать/закрывать кольцо (подключать/отключать системы, присоединенные к концентратору). Обычно FC HUBs поддерживают до 10 подключений и могут стекироваться до 127 портов на кольцо. Все устройства, подключенные к HUB, получают общую полосу пропускания, которую они могут разделять между собой.

Коммутаторы

Fibre Channel Switches (коммутаторы) имеют те же функции, что и привычные читателю LAN коммутаторы. Они обеспечивают полноскоростное неблокированное подключение между нодами. Любая нода, подключенная к FC коммутатору, получает полную (с возможностями масштабирования) полосу пропускания. При увеличении количества портов коммутированной сети ее пропускная способность увеличивается. Коммутаторы могут использоваться вместе с концентраторами (которые используют для участков, не требующих выделенной полосы пропуска для каждой ноды) для достижения оптимального соотношения цена/производительность. Благодаря каскадированию свичи потенциально могут использоваться для создания FC сетей с количеством адресов 2 24 (свыше 16 миллионов).

Мосты

FC Bridges (мосты или мультиплексоры) используются для подключения устройств с параллельным SCSI к сети на базе FC. Они обеспечивают трансляцию SCSI пакетов между Fibre Channel и Parallel SCSI устройствами, примерами которых могут служить Solid State Disk (SSD) или библиотеки на магнитных лентах. Следует заметить, что в последнее время практически все устройства, которые могут быть утилизированы в рамках SAN, производители начинают выпускать с вмонтированным FC интерфейсом для прямого их подключения к сетям хранения данных.

Серверы и Сторедж

Несмотря на то что серверы и сторедж — далеко не последние по важности компоненты SAN, мы на их описании останавливаться не будем, поскольку уверены, что с ними хорошо знакомы все наши читатели.

В конце хочется добавить, что эта статья — лишь первый шаг к сетям хранения данных. Для полного понимания темы читателю следует уделить немало внимания особенностям реализации компонент производителями SAN и программным средствам управления, поскольку без них Storage Area Network — это всего лишь набор элементов для коммутации сторедж-систем, которые не принесут вам полноты преимуществ от реализации сети хранения данных.

Заключение

Сегодня Storage Area Network является довольно новой технологией, которая в скором времени может стать массовой в кругу корпоративных заказчиков. В Европе и США предприятия, которые имеют достаточно большой парк инсталлированных сторедж-систем, уже начинают переходить на сети хранения данных для организации сторедж с наилучшим показателем общей стоимости владения.

По прогнозам аналитиков, в 2005 году значительное количество серверов среднего и верхнего уровня будут поставляться с предварительно установленным интерфейсом Fibre Channel (такую тенденцию можно заметить уже сегодня), и лишь для внутреннего подключения дисков в серверах будет использоваться параллельный SCSI интерфейс. Уже сегодня при построении сторедж-систем и приобретении серверов среднего и верхнего уровня следует обратить внимание на эту перспективную технологию, тем более, что уже сегодня она дает возможность реализовать ряд задач куда дешевле, чем с помощью специализированных решений. Кроме того, вкладывая в технологию SAN сегодня, вы не потеряете свои вложения завтра, поскольку особенности Fibre Channel создают прекрасные возможности для использования в будущем вложенных сегодня инвестиций.

P.S.

Предыдущая версия статьи была написана в июне 2000 года, но в связи с отсутствием массового интереса к технологии сетей хранения данных публикация была отложена на будущее. Это будущее настало сегодня, и я надеюсь, что данная статья побудит читателя осознать необходимость перехода на технологию сетей хранения данных, как передовую технологию построения сторедж-систем и организации доступа к данным.